变桨系统主要元件故障原因及分析——AC2和NG5故障原因及分析
姓名：董参参
专业：电力系统自动化
入职时间：2010-7-1
部门：技术服务中心
目录
目录 (1)
摘要 (2)
一、变桨系统的作用 (2)
（一）功率调节 (2)
（二）气动刹车 (2)
二、主要元器件的介绍 (3)
（一）变桨逆变器AC2 (3)
（二）充电器NG5 (3)
（三）其他元器件 (5)
三、控制原理 (6)
（一）变桨原理框图 (6)
（二）变桨原理介绍 (6)
四、典型故障分析 (7)
（一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析 (7)
1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程 (7)
2、变桨逆变器OK信号丢失原因 (8)
（二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议 (9)
1、NG5充电器损坏原因 (10)
2、整改意见 (11)
五、结束语 (15)
参考文献： (16)
摘要
本文通过对变桨系统的重要元器件的原理和变桨控制原理进行了简单的介绍，总结了充电器NG5和逆变器AC2发生故障的原因和解决方法，并且提出本人在现场进行维护工作时发现的一些缺陷和整改意见。
关键词：变桨系统逆变器AC2 充电器NG5 浪涌保护
一、变桨系统的作用
（一）功率调节
变桨距控制是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法，变桨目的是通过控制桨距角，调节叶轮吸收风能的功率。在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能的捕捉较多的风能，桨距角设定值设定在能够吸收最大功率的最优值，所以这时机组运行没有必要改变将距角，一般桨距角设定为零度附近，以便让叶轮尽可能多的吸收风能，此时空气动力载荷通常比在额定风速之上时小。
额定风速以上阶段变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值。
（二）气动刹车
金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前该系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。
二、主要元器件的介绍
（一）变桨逆变器AC2
变桨逆变器AC2是意大利萨牌控制器 ZAPI AC-2 FZ5197-INV逆变器，是当今世界上最先进的逆变器之一。额定电压为48V，最大电流450A，实际使用时由60V的直流电源超级电容供电，工作频率为8kHz，输出电压为3相29V，频率为0.6到56HZ。外观如图2-1所示
图2-1 变桨逆变器AC2
逆变器共有6个外部接口，我们使用了端口A、D、E、F的相关管脚，主控制器通过模拟/数字信号来控制驱动器动作和接收驱动器的反馈状态，两者之间并没有任何通讯协议。这样的控制方式不但满足了逆变器在变桨系统中的协调工作，而且控制方式、控制结构和电路接线简单，方便安装维护和变桨控制，抗干扰能力强。
（二）充电器NG5
NG5充电器将三相交流400V经过NG5充电电源整流输出60V，80A，给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。充电器主要由输入滤波、DC-DC变换、输出高频整流滤波、二级滤波、以及CPU控制电路组成。其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大的作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，DC-DC高频交换机使整机的效率大大提高。高频整流滤波与二级滤波共同作用使电源的输出纹波极小。CPU控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。工作原理框图如图2-2所示。
图2-2 NG5工作原理框图
达坂城三四期项目有两类NG5，一种是意大利产的充电器，型号为Zivan Battery Charger NG5，一种是北京嘉昌机电设备制造有限公司产的充电器，型号为JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J。除次之外还有个别其它品牌国产充电器，由于数量较少，这里就不叙述了。
Zivan Battery Charger NG5工作的投入与切出完全取决于超级电容的电压，控制器检测到超级电容电压低于55V，就投入运行开始充电，电容电压达到60V就断开。最近下发的工作任务书将超级电容电压提高到低于58V就开始充电。
现在作为备件和更换的都是北京嘉昌的JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J充电器，与Zivan Battery Charger NG5的运行方式不同，国产NG5是一直运行，作为60V的恒压源使用。当超级电容得电压低于60V时就立即充电，所以超级电容一直保持60V的电压。变桨时，NG5和超级电容同时为逆变器供电，超级电容做峰值补偿，同时也做后备电源。这样就减少了NG5的开关次数，同时也减少冲击次数，增加了NG5的使用寿命。当然该供电方式也有敝处，当超级电容运行时间长或者因为质量问题发生容量降低后，由于充电器NG5一直输出60V的电压并联在超级电容的两端，并且超级电容高电压的信号检测线也是并联在超级电容的两端，变桨控制器检测到的超级电容高电压信号其实就NG5的输出电压，所以影响了超级电容高电压信号的真实性。
NG5的外观如图2-3所示，左图为北京嘉昌生产的JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J充电器，右图为意大利产的Zivan Battery Charger NG5充电器。
图2-3 充电器NG5
（三）其他元器件
1、主控制器贝福模块，主控制器由总线控制器BK3150、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块和SSI传感器检测模块组成，具有独立控制能力，并且负责向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机PLC发送的各种指令。
2、变桨备电超级电容，超级电容由四组超级电容能量模块串联组成，每组能量模块的额定电压为16.2V，容值为500F。超级电容总的电容值为125F。
3、A10自制模块，通过电阻分压原理，将超级电容高低电压60V和30V的电压转换为KL3404允许输入的范围。
4、接近开关，利用铁性物质影响高频振荡电涡流的原理制作的电子开关。
5、24V电源模块，稳压模块，把60V的电压转换成稳定的24V给控制回路提供电源。
6、PT100温度传感器，铂的电阻值和温度具有良好的线性关系，该元件就是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的元器件。
7、除此之外还有绝对式旋转编码器、各种辅助保护继电器等，这里就不一一叙述。
三、控制原理
（一）变桨原理框图
图3-1 变桨原理框图
（二）变桨原理介绍
三相交流400V经过NG5充电电源，整流输出60V，80A，给超级电容充电，NG5的投入与切出完全取决于超级电容的电压，超级电容的高低电压经过A10自制模块处理后送给贝福模块KL3404。主控器计算出超级电容的高低电压，只要检测到超级电容高电压低于55V（58V），就以80A恒流输出；只要电容电压达到60V就断开。充电器和超级电容构成一个闭环的自动控制电路，始终保持超级电容有60V的电压，同时当来自滑环的
电网电压掉电时，超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器AC2供电，保证变桨电控系统正常工作，执行停机动作。
超级电容的输出直接接入变桨变频器AC2和DC/DC24V电源模块，AC2变频器根据控制器的指令输出三相29V，频率为0.6到56Hz的交流电到电枢绕组中，驱动变桨电机以不同的转速和转向旋转，通过变桨减速器拉动齿形带带动变桨盘使叶片向不同方向转动，达到变桨的目的。控制器通过变桨电机内的绝对式旋转编码器实时检测叶片的角度，并且旋转编码器还将叶片变桨的方向和速度实时反馈给变桨逆变器AC2，AC2根据控制器发送的变桨指令和反馈的实时数据进行变桨的自我调节。
变桨控制系统中BC3150作为智能从站使用，每个变桨柜内的分布式I/O通过PROFIBUS DP总线，向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机PLC 发送的各种指令，包括各种停机指令。考虑到变桨系统出现故障时，可能无法从主控制器接受停机指令，或者停机信号，所以BC3150内部有控制程序，变桨系统出现故障，并且无法接收上位机PLC发送的停机指令时，还能自主控制变桨系统进行顺桨停机。四、典型故障分析
（一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析
在金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中，“变桨逆变器OK信号丢失”故障的出现较为频繁，这里就对该故障出现的原因进行简单分析。
1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程
变桨逆变器AC2本身具有强大的自我诊断功能，它的微控制器实时监视AC2的工
作情况。看门狗电路，输出输入电流、电压、内部接触器驱动、逆变器温度、变桨电
机温度、can_bus、启动过程报警、旋编故障等外部或者内部信号有任何异常时，AC2
的微控制器就会报出逆变器OK信号丢失。
变桨逆变器OK信号以规律的脉冲从变桨逆变器AC2的A3（PCL TXD）和A4（NCL TXD）端口，引线到A10的x4a:7、x4a:8两个端口，输入A10上光电耦合器，以光电
隔离的方式，将结果输入到A2模块 KL1104的1号端口（如图4-1所示），端口指示
灯会有规律的闪烁，最后传递给BC3150。
4N25R11
（（A3A4
图4-1 AC2_OK 信号检测流程
2、变桨逆变器OK 信号丢失原因
机组如果报变桨逆变器OK 信号丢失故障，叶片死在报故障时的位置，连接该机组就地监控可以发现对应的信号灯在闪烁。但是由于通讯延迟等原因，在就地监控上看到的闪烁频率与变桨柜内A2模块KL1104一号通道的状态灯闪烁频率不一致，必须进机组现场检查。进入轮毂后不要断开Q1，否则故障有可能在断电上电重启后暂时消失，导致无法通过状态灯闪烁频率判断故障点，所以需要先观察A2模块KL1104 一号通道的状态灯的闪烁频率，对应闪烁频率，查找AC2故障说明，可以找出相应的故障点。
（1）闪烁频率为1时，表明AC2检测到逻辑故障。如超级电容电压发生突变，看门狗复位，EEPROM ，等都能触发该类故障的发生。
超级电容损坏或者质量问题，可能会发生电压跳变，导致报出此故障，此时必须要更换超级电容。在充电器损坏时，并联的超级电容正负极的充电器输出端可能出现瞬间短路，导致逆变器检测到超级电容电压突变，也报出此故障，同时也报出超级电容高电压故障，更换NG5后此故障也排除。
除了上述两种情况，一般该类故障发生时，正常的断电复位后可以解决此问题。
（2）闪烁频率为2时，表明AC2接收到不正确的启动命令，或者正反相的速度同时给定。不正确的启动顺序，制动开关未打开，以及同时正反向进行速度给定，都容易导致该故障的发生。该故障的发生率是最高的。
输入接口E1接线端子是设定AC2变桨速度的，只能接收0-10V 的模拟电压信号，如果主控制器的KL4001损坏，输出信号超出AC2的输入范围，导致AC2接收到不正确的启动命令，就会报此故障。此时更换KL4001模块既可。
变桨时，主控制器给AC2一个变桨电机的旋转速度和方向的信号，同时，变桨电机会通过旋转编码器反馈变桨电机旋转方向的信号给AC2，如果旋转编码器损坏，反馈信号出现差错也会报此故障。这时需要更换旋转编码器。
变频器与电机的电缆由于绝缘磨损短路，或者电机内部短路，电机过载出现电机卡死等也会报此故障。首先通过就地监控面板观察变桨电机的温度和变桨时的速度，如果温度过高或者变桨速度比另外两个变桨速度慢，就必须登机进入轮毂，就地仔细检查连接电缆，并且手动变桨测试电机好坏，在变桨时仔细听变桨电机和叶片轴承是否有异常声音，如果变桨电机出现问题需更换变桨电机。
（3）闪烁频率为3时，相电压充电失败。可能是电机与变频器连接虚接，连接不可靠，或连接电缆断裂，或者电机内部开路。需要更换连接电缆和检查变桨电机。
（4）闪烁频率为4时，加速度故障。
（5）闪烁频率为5时，表明AC2内部电压电流检测环节发生故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。
（6）闪烁频率为6时，AC2内部接触器驱动故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。
（7）闪烁频率为7时，AC2变频器内部检测到过温故障。
（8）闪烁频率为8时，CAN-BUS总线故障。达坂城现在运行的变桨系统没有使用AC2的CAN-BUS总线。
故障灯一直亮，超级电容电压低。未出现该故障时，主控已近报超级电容高电压故障，更换充电器后，故障自动消失。
（二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议
天风达坂城运行的金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中，充电器NG5是变桨系统中更换是最为频繁的元器件。充电器NG5损坏后不能为变桨备电超级电容充电，变桨充电器工作正常的反馈信号丢失，系统报变桨充电器反馈丢失故障，机组执行紧急停机。有时充电器的OK信号并不会丢失，随着变桨控制系统不断消耗备电，超级电容的电压不断下降，当系统检测到超级电容的电压低于55V（58V）5秒后，会报出超级电容高电压故障，机组执行正常停机。严重时由于NG5损坏造成输入到NG5内部的400V 短路，机舱电源回路的断路器跳闸，机舱电源回路断路器反馈丢失，系统报机舱熔断器反馈丢失，机组执行快速停机。
自入职来有四个月了，天风达坂城项目三期、四期就更换了十几个，不但增加维护
费用，还给现场工作人员增加了大量工作。为找到根本原因，我这里对NG5损坏的原因进行了分析。
1、NG5充电器损坏原因
（1）电源质量的影响
NG5充电器是将三相交流400V整流滤波、DC-DC变换后输出60V，80A，所以输入电源的质量对NG5寿命有很大影响。NG5的额定电压为三相400V，允许在±％20的范围内波动，并且有缺相保护。但是风机的电网环境比较复杂，瞬间电压高，缺相，更严重的是还要承受浪涌冲击，由此看来机组电网环境对NG5的输入保护是很大的考验。
2010年8月22日达坂城三期6#报1#变桨柜超级电容高电压故障，现场人员检查发现网侧滤波电容鼓包，拆下后测量两组电容没有容量；进入轮毂打开1#变桨柜后NG5红色故障指示灯正亮，有元器件的焦糊味，测量NG5输入正常且无输出，判断NG5损坏。更换新的NG5后机组恢复正常。
仔细检查损坏后的NG5发现有三个电子元件烧毁，如图4-2所示。
图4-2 烧毁的电子元件
图4-2左图为功率型NTC热敏电阻，作用是抑制浪涌冲击，吸收浪涌冲击的能量，保护回路上的电子设备免遭破坏。右图为场效应管。都被炸毁，由此分析NG5是被机组浪涌冲击损坏的。机组控制电源回路受到浪涌电流的干扰，由于机组网侧滤波大电容1C1、小电容1C2.1损坏和浪涌保护模块2F4没有将该浪涌冲击的干扰完全吸收掉，浪涌冲击进入NG5，首先将内部保护元件炸毁，再将回路上的场效应管击穿、炸毁，有时平波电容也会发生炸毁，造成NG5损坏。
（2）工作环境的影响
NG5安装在变桨柜内，空间狭窄，柜体散热窗口小，有时还发生柜体散热窗堵塞现象，达坂城夏天最高气温达三十度，对NG5的散热是很大的考验；变桨柜异物卡住散热扇；投切频繁等等，都会对NG5正常运行造成影响。
2010年8月28日四期14#检修，检修时工作人员对变桨柜进行了检查，发现变桨柜内旋编清零接地线从端子排脱落，由于轮毂旋转该线进入NG5散热窗卡在散热扇扇叶上，严重影响了NG5的散热。
（3）质量原因
所有的元器件都存在质量问题，NG5也不例外，尤其是国产NG5质量问题出现更为频繁。2010年10月2日下午三期2#机组报1#变桨高电压故障，现场人员检查发现为国产NG5，更换时间不长。表现为NG5的故障指示灯亮，没有烧糊气味，检查机组滤波电容完好，仔细检查NG5后发现其电源输出电缆有松动脱焊现象，所以判断该NG5为质量问题造成的损坏。
2、整改意见
针对上述NG5损坏的原因，我提出下面几点整改意见：
（1）机组主要负责滤波的为网侧滤波电容1C1和1C2.1，电容1C1为68uF，电容1C2.1已将原来的9uF改造为现在的10uF，但是该滤波电容组还是经常损坏。我建议更换在允许范围内容量更大，耐压值更高的滤波电容，以便吸收更大的浪涌冲击能量，提高滤波电容的寿命和机组控制电源的质量。
（2）除了滤波电容之外，机组还有浪涌保护模块2F4，主要是吸收机组发生浪涌冲击时的能量。浪涌保护模块2F4的参数为：最大连续交流工作电压为440V，额定冲击电流限制电压2.2kV，额定放电电流20kA，最大放电电流40kA，品牌为菲尼克斯。由于条件有限，现场没有设备检测机组发生浪涌冲击时的电压和电流，但是根据浪涌保护模块的参数可以看出该浪涌保护模块的耐压值和放电电流都非常大，但是在发生浪涌冲击时该保护模块竟然会发生炸毁，如图4-3所示。
很多机组故障发生时，该保护模块和机组控制电源回路上1F8的50A保险和2Q3的40A保险，以及电压互感器会同时烧毁，所以我判断机组发生浪涌冲击时，瞬间电压和
电流都超过了浪涌保护模块2F4的额定冲击电压2.2kV和最大放电电流40kA。该浪涌保护模块的损坏率比较高，机组发生浪涌冲击不能为机组提供可靠的保护，我建议将2F4更换为比现在安装的额定冲击电压和最大放电电流更大的浪涌保护模块。
图4-3炸毁的浪涌保护模块
通过现场备件更换记录，我发现天风达坂城四期滤波电容组1C1和1C21，浪涌保护模块2F4，50A保险和40A保险的更换频率与三期大致相同，就个别机组而言四期要比三期损坏严重，也就是说四期机组发生浪涌冲击的次数与三期大致相同，并且浪涌冲击能量更大，损坏更严重，但是四期NG5损坏率却远远小于三期。通过在平时的维护和消缺过程中，我发现四期机舱电源回路上安装有浪涌保护模块-101F3，如图4-4所示。
图4-4四期机舱电源回路安装有浪涌保护模块
但是三期机舱电源回路上并没有没有安装电路图上的浪涌保护收模块-101F3，如图4-5和4-6所示。
图4-5三期机舱电源回路没有浪涌保护模块
图4-6 机舱400V电源回路
当机组发生浪涌冲击时，由于浪涌冲击能量很大，滤波器滤波电容1C1和1C2.1和浪涌保护模块2F4并不能将全部冲击能力吸收，或者由于上述设备损坏，不能抑制浪涌冲击，浪涌冲击能量会进入机舱电源回路，但是机舱并没有设备抑制冲击电流或者电压。一次两次的浪涌冲击也许不会直接导致充电器NG5的损坏，但是会造成NG5内部保护元
件的损坏等，构成了内部隐患。NG5长期运行或者再次发生浪涌冲击时就会直接损坏。
根据以上分析，我认为三期频繁出现NG5损坏和没有安装机舱电源回路浪涌保护模块有直接关系。我建议天风达坂城三期项目在机舱电源回路中增加浪涌保护收模块，以便在机组发生浪涌冲击时吸收冲击能量，提高变桨柜电源的质量，保护NG5等机舱电器设备。
（2）巡检工作到位，平时的消缺、巡检、检修等，只要有机会就检查变桨柜，充电器NG5，网侧滤波器和浪涌保护模块等，把隐患消除在萌芽状态。
（3）严格把守货源质量，选择一流品牌产品为货源，提高备件的可靠性和稳定性。
五、结束语
首先感谢公司给我一个展示自己的平台，再次感谢项目经理李祺，员工海黎斌、刘志强等在我入职后对我的耐心指导，最后感谢项目各位成员对我的关心和支持。
自入职以来已有四个月的时间了，我认识到变桨系统作为风力发电机组核心系统，也是机组故障率最高的系统，它很大程度上决定了机组是否能够平稳运行，维护好变桨系统是我们工作的重中之重。根据这段时间对机组维护所得的一点知识，总结出上述机组变桨系统的一点经验。由于本人知识水平有限，对兆瓦风机学习时间短，还有很多知识我未能涉及到，文章中难免有不足之处，在以后的时间里我将继续努力学习风机知识，不断总结工作经验，进一步填补不足之处，努力提高自己的维护水平，为风机的维护工作尽自己的一份力量。
参考文献：
1、《金风1500kw系列风力发电机运行维护手册》北京天源科创风电技术有限责任公司，2009.2
2、《1500KW风力发电机组电控系统电气接线图》2008.3
3、《JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J充电器》用户手册
4、《故障解释手册》
桨距 螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。 假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。 同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。 这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。 桨距指的是直升机的旋翼或固定翼的螺旋桨旋转一周360 度，向上或向前行走的距离（理论上的）。就好比一个螺丝钉，您拧一圈后，能够拧入的长度。桨距越大前进的距离就越大，反之越小！然而要测量实际桨距的大小是比较困难的，所以一般固定翼飞机使用桨距不变的螺旋桨上都会标明其直径和桨距的大小（单位以英寸居多），以便于和合适的发动机配套使用。绝大多数的固定桨距的直升机桨一般是专为某一级别的飞机定制的，所以只标明直径。可变桨距直升机可以非常容易的通过测量桨叶的攻角（迎风角度）大小来体现桨距的大小，和变化幅度。 l 定桨距失速调节型风力发电机组 定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69 ，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/ 小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。 失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。其缺点是叶片重晏大（与变桨距风机叶片比较），桨叶、轮载、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。 2 变桨距调节型风力发电机组 变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“， 直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。 随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用 OptitiP 技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。 变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风速段保持功率平稳输出。缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。 3 主动失速调节型风力发电机组
风力发电机组变桨系统的维 护与检修 毕业顶岗实习报告书 专业：电力系统自动化技术（风电方向） 班级： 姓名： 顶岗实习单位：金风科技股份有限公司 校外指导师傅： 校内指导教师： 报告完成日期： 新疆农业大学 2015年6月
风力发电机组变桨系统的维护与检修 学生姓名： 专业班级： 学生诚信签名： 完成日期: 指导教师签收： 摘要 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题，却给环境造成了很大的破坏，而风能具有无污染、可再生、低成本等
优点，所以其受到世界各国的重视。 可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行，并且要求控制系统有高可靠性。所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义。 本文首先在对风力发电原理，风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手，分析了变桨距控制的基本规律，再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制，电动变桨距控制的方案，变桨距风机的维护和检修，最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。 关键词：变桨距控制，维护，检修
目录 摘要 (2) 一顶岗实习简历 (1) 二顶岗实习目的 (1) 三顶岗实习单位简介 (2) 目前行业发展地位 (2) 四顶岗实习内容 (3) 第一章变桨距系统 (3) 变桨距与定桨距 (5) 定桨距 (5) 变桨距 (5) 定桨距与变桨距的比较 (6) 而变桨距风力发电机可以克服上述定桨距风力发电机的缺点，在很宽的风速范围内保持最佳叶尖速比，从而提高风力机的运行效率和系统稳定性。变桨距风力发电机在变桨距的同时通过配合使用双馈发电机或永磁风力发电机，可以减轻风速突变产生的转距波动，减轻传动机构承受的扭矩波动，提高齿轮箱寿命，减少传动系统故障率。此外，可结合对电机的励磁控制，实现无电流冲击的软并网，使机组运行更加平稳安全[2]变桨矩调节原理 (7) 变桨距控制过程 (7) 变桨距风力机组的运行状态分析 (8) 启动状态 (8) 欠功率状态 (9) 额定功率状态 (9) 变桨距控制的特点 (9) 输出功率特性 (9) 风能利用率 (10) 额定功率 (10) 启动与制动性能 (10) 对机械部件的影响 (10) 第二章变桨矩系统的原理与结构 (11) 变桨矩调节原理 (11) 变桨矩系统分类 (11) a) 液压变桨矩 b) 电动变桨矩 (12) 图变桨矩系统的轮毂照片 (12) 风力发电机组变桨矩驱动装置比较和选择 (15) 液压变桨与电动变桨技术比较 (15) 见表[6]。 (15) 表液压变桨系统与电动变桨系统的比较 (15) 项目 (15) 液压变桨矩系统 (15) 电动变桨矩系统 (15) 桨矩调节 (15) 响应速度慢 (15)
变桨距风力发电机组的运行状态 从空气动力学角度考虑。当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的角度，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。同时，风力机在启动过程中也需要通过变距来获得足够的启动转矩。 变桨距风力发电机组根据边距系统所起的作用可分为三种运行状态，即风力发电机组的启动状态（转速控制）、欠功率状态（不控制）和额定功率状态（功率控制）。 1）启动状态变距风轮的桨叶在静止时，节距角为90°，这时气流对桨叶不产生转矩，整个桨叶实际上是一块阻尼板。当风速达到启动风速时，桨叶向0°方向转动，直接到气流对桨叶产生一定的攻角，风轮开始启动。在发电机并入电网以前，变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制。转速控制器按照一定的速度上升斜率给出速度参考值，变桨距系统根据给定的速度参考值，调整节距角，进行所谓的速度控制。为了确保并网平稳，对电网产生尽可能小的冲击，变桨距系统可以在一定时间内保持发电机的转速在同步转速附近，寻找最佳时机并网。虽然在主电路中也采用了软并网技术，但由于并网过程的时间短，冲击小，可以选用容量较小的晶闸管。 为了使控制过程比较简单，早期的变桨距风力发电机在转速达到发电机同步转速前对桨叶节距并不加以控制。在这种情况下，桨叶节距只是按所设定的变桨距速度，将节距角向0°方向打开，直到发电机转速上升到同步转速附近，变桨距系统才开始投入工作。转速控制的给定值是恒定的，即同步转速。转速反馈信号与给定值进行比较。当转速超过同步转速时，桨叶节距就迎风面积小的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。当转速在同步转速附近保持一定时间后发电机即并入电网。 2）欠功率状态欠功率状态是指发电机并入电网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功率以下的低功率状态下运行。与转速控制道理相同，在早期的变桨距风力发电机组中，对欠功率状态不加控制。这时的变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相同，其功率输出完全取决于桨叶的气动性能。 3）额定功率状态当风速达到或超过额定风速后，风力发电机组进入
风力发电机液压变桨系统简介 全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。 风机变桨调节的两种工况 风机的变桨作业大致可分为两种工况，即正常运行时的连续变桨和停止（紧急停止）状态下的全顺桨。风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，一是让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，这个过程叫做全顺桨。液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。 液压变桨系统 液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。 液压变桨系统的结构 变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。 图1 控制原理图 液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示，它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成，图中仅画出其中的一套变桨装置。
实用标准 变桨系统主要元件故障原因及分析——AC2和NG5故障原因及分析 姓名：董参参 专业：电力系统自动化 入职时间：2010-7-1
部门：技术服务中心 目录 目录 (1) 摘要 (2) 一、变桨系统的作用 (2) （一）功率调节 (2) （二）气动刹车 (3) 二、主要元器件的介绍 (3) （一）变桨逆变器AC2 (3) （二）充电器NG5 (4) （三）其他元器件 (6) 三、控制原理 (8) （一）变桨原理框图 (8) （二）变桨原理介绍 (8) 四、典型故障分析 (9) （一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析 (9) 1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程 (10) 2、变桨逆变器OK信号丢失原因 (10)
（二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议 (12) 1、NG5充电器损坏原因 (13) 2、整改意见 (15) 五、结束语 (19) 参考文献： (20) 摘要 本文通过对变桨系统的重要元器件的原理和变桨控制原理进行了简单的介绍，总结了充电器NG5和逆变器AC2发生故障的原因和解决方法，并且提出本人在现场进行维护工作时发现的一些缺陷和整改意见。 关键词：变桨系统逆变器AC2 充电器NG5 浪涌保护 一、变桨系统的作用 （一）功率调节 变桨距控制是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法，变桨目的是通过控制桨距角，调节叶轮吸收风能的功率。在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能的捕捉较多的风能，桨距角设定值设定在能够吸收最大功率的最优值，所以这时机组运行没有
必要改变将距角，一般桨距角设定为零度附近，以便让叶轮尽可能多的吸收风能，此时空气动力载荷通常比在额定风速之上时小。 额定风速以上阶段变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值。 （二）气动刹车 金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前该系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。 二、主要元器件的介绍 （一）变桨逆变器AC2 变桨逆变器AC2是意大利萨牌控制器ZAPI AC-2 FZ5197-INV逆变器，是当今世界上最先进的逆变器之一。额定电压为48V，最大电流450A，实际使用时由60V的直流电源超级电容供电，工作频率为8kHz，输出电压为3相29V，频率为0.6到56HZ。外观如图2-1所示
变桨系统主要元件故障原因及分析——AC2和NG5故障原因及分析 姓名：董参参 专业：电力系统自动化 入职时间：2010-7-1 部门：技术服务中心
目录 目录 (1) 摘要 (2) 一、变桨系统的作用 (2) （一）功率调节 (2) （二）气动刹车 (2) 二、主要元器件的介绍 (3) （一）变桨逆变器AC2 (3) （二）充电器NG5 (3) （三）其他元器件 (5) 三、控制原理 (6) （一）变桨原理框图 (6) （二）变桨原理介绍 (6) 四、典型故障分析 (7) （一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析 (7) 1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程 (7) 2、变桨逆变器OK信号丢失原因 (8) （二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议 (9) 1、NG5充电器损坏原因 (10) 2、整改意见 (11) 五、结束语 (15) 参考文献： (16)
摘要 本文通过对变桨系统的重要元器件的原理和变桨控制原理进行了简单的介绍，总结了充电器NG5和逆变器AC2发生故障的原因和解决方法，并且提出本人在现场进行维护工作时发现的一些缺陷和整改意见。 关键词：变桨系统逆变器AC2 充电器NG5 浪涌保护 一、变桨系统的作用 （一）功率调节 变桨距控制是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法，变桨目的是通过控制桨距角，调节叶轮吸收风能的功率。在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能的捕捉较多的风能，桨距角设定值设定在能够吸收最大功率的最优值，所以这时机组运行没有必要改变将距角，一般桨距角设定为零度附近，以便让叶轮尽可能多的吸收风能，此时空气动力载荷通常比在额定风速之上时小。 额定风速以上阶段变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值。 （二）气动刹车 金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前该系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。
1.变桨系统与风机主控通讯的部件是？（6.0分） A.变桨控制器 B.变桨驱动器 C.变桨电机 D.备用电源 我的答案：A√答对 2.变桨系统的驱动执行机构是？（6.0分） A.变桨控制器 B.变桨驱动器 C.变桨电机 D.备用电源 我的答案：C√答对 3.变桨系统调节桨叶的主要作用是什么？（6.0分） A.调节风机机头对风 B.使风机跟踪最大风能 C.解除扭揽 D.将风能变换成电能 我的答案：B√答对 4.风电变桨系统是用于调节风机的那个部位？（6.0分） A.A桨叶
C.机舱 D.塔筒 我的答案：A√答对 5.下列哪个部件不属于变桨系统？（ 6.0分） A.变桨电机 B.轴控柜 C.限位开关 D.轴承润滑泵 我的答案：D√答对 1.变桨电机有以下哪几种形式？（8.0分）） A.永磁电机 B.感应电机 C.直流电机 D.直线电机 我的答案：ABC√答对 2.用于变桨系统温湿度控制的设备有？（8.0分）） A.温控开关 B.湿控开关 C.加热器
我的答案：AB×答错 3.按动力类型分类变桨系统有以下哪几种？（8.0分）） A.电磁型 B.液压型 C.电动型 D.蒸汽型 我的答案：BC√答对 4.变桨系统的备用电源主要有哪几种形式？（8.0分）） A.超级电容 B.铅酸蓄电池 C.飞轮储能 D.锂离子电池 我的答案：ABD√答对 5.变桨系统电磁兼容防护的主要形式有哪几种？（8.0分）） A.加热器 B.雷击浪涌保护器 C.电抗器和滤波器 D.接地防护 我的答案：BC×答错
1.变桨系统的供电电压是400VAC（6.0分） 我的答案：正确√答对 2.变桨系统是安装在风机的机舱中（6.0分） 我的答案：错误√答对 3.变桨系统不会高原上使用（6.0分） 我的答案：错误√答对 4.安全链中的任何一个环节故障都会导致整个系统保护（6.0分） 我的答案：正确√答对 5.在感应电机、直流电机、永磁电机三种电机中，永磁同步电机的功率密度最高（ 6.0分） 我的答案：正确√答对
随着国家新能源发展战略的提出和实施，我国风电产业进入跨越式发展的阶段。本文从分析我国风力发电的现状出发，在总结分析风力发电技术发展的基础上，对我国风电发展过程中存在的主要问题进行了探讨分析，提出了相关建议。 关键词：风力发电；现状；技术发展 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛，但同时也暴露出一些问题。总结我国风电现状及其技术发展，对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要的参考价值。 1我国风力发电的现状 2005年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。2009年12月，我国政府向世界承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。 随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。 我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。到2009年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计2010年我国累计装机容量有望突破4000万kW。 从技术发展上来说，我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。 2风力发电的技术发展 风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风电机组大型化、风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。 2.1风力发电机组机型及容量的发展 现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作为提高风能利用率和发电效率的有效途径，风力发电机单机容量不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kW容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kW，1997年突破1MW，1999年即
风力发电机组变桨系统介绍
一．概述 双馈风机
风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。 风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比。风轮产生的功率与风轮直径的平方成正比；风轮产生的功率与风速的立方成正比；风轮产生的功率与风轮的效率成正比。风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限 风机四种不同的控制方式: 1.定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制 2.定速变浆距控制(Fixed speed pitch regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时浆距控制用于调节功率 3.变速定浆距控制(Variable speed stall regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 4.变速变浆距控制(Variable speed pitch regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 浆距控制用于调节功率.
第一节风电机组结构 1．外部条件 根据最大抗风能力和工作环境的恶劣程度，按强度变化的程度对风电机组进行分级。根据IEC61400设计标准，共分为4级。 一类风场I：参考风速为50m/s，年平均风速为10m/s，50年一遇极限风速为70m/s，一年一遇极限风速为s； 二类风场II：参考风速为s，年平均风速为s，50年一遇极限风速为s，一年一遇极限风速为s； 三类风场III：参考风速为s，年平均风速为s，50年一遇极限风速为s，一年一遇极限风速为s； 四类风场IV：低于三类风场风速，属低风速区，鲜有商业风电场开发。 对电网的要求：电压波动为额定值±10%，频率波动为额定值±5%。2．机械结构 总体描述 整机是建立在钢结构底座上，该结构应具有很大的强韧度，底部由坚固底法兰组成，风电机组所有的主要部件都连接于其上。 发电机固定位置与机舱轴线偏离,以使得风电机组在满载运行时，整机质心与塔架和基础中心相一致。 偏航机构直接安装在机舱底部，机舱通过偏航轴承与偏航机构连
接，并安装在塔架上，整个机舱底部对叶轮转子到塔架造成的动力负载和疲劳负荷有很强的吸收作用。 机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、潮湿、盐雾、风砂等。产品生产采用多种工艺，包括：滚涂、轻质RTM、真空灌注等，机舱罩主体部分设置PVC泡沫夹层，以增加强度。内层设置消音海绵，以降低主机噪声。 机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在10℃以上的温度。 载荷情况 - 启动：从任一静止位置或空转状态到发电过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 发电：风电机组处于运行状态，有电负荷。 - 正常关机：从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 紧急关机：突发事件（如故障、电网波动等），引起的停机。 - 停机：停机后的风电机组叶轮处于静止状态，采用极端风况对其进行设计。 - 运输/安装/维护：整体装配结构便于运输，安装、维护易于实施。 叶片
学号14113502505 毕业设计 题目：直驱式风力发电机组变桨距系统设计 作者李炳男届别2015届 系别机械工程学院专业机械电子工程指导教师郭洪澈职称副教授 完成时间 2015年5月17日 摘要
现在，市场上应用最好的就是采用独立变桨距控制的发电机组，它最主要的特点就是能够用风力机叶片轴心处的风俗对各个叶片进行同步控制。但是由于风力发电机的容量在增长中，所以风力机的叶片也会越来越长，因此风力机上的叶片载荷会越来越大，而实际上，由于与地面之间会存在摩擦，而且风速也会随着高度的变化而变化，风力机风轮扫略的风速随着高度的变化而变化，这些个问题都会影响到风力机的使用寿命。 本文将会使风力机的独立变桨距控制部分分成两个部分：一部分是集中变桨距控制的部分；第二部分是修正变桨距控制部分。本文采用非线性PID控制来对集中变桨距控制器进行设计，以使的风力发电机组的输出功率始终维持在一定的范围内；再通过采用状态反馈控制以及极点配置的方法来设计修正变桨距控制器，来减小风力机叶片上的载荷。然后，通过把各个叶片上的集中变桨距角和修正变桨距角之和来作为叶片的独立变桨距角输入风力机，这样便可以对风力机进行控制。我们在阶跃的风速和随机的风速下对风力发电机进行数字仿真的研究，结果表明独立变桨距控制能够减少风力机叶片上的载荷，从而有助于增加风力机的使用寿命，而且具有非常好的动态性能和静态误差。 状态反馈在风力机发电机的节点位置具有非常好的调节作用，但是如果对系统的动态特性需要非常高的要求时，基于状态反馈的独立变桨距控制系统的设计就难以达到要求。 关键词：变桨距；节距角；发电机
Abstract At present ,variable pitch control with turbine is widespread in the market. This wind turbine uses the wind speed on the axis of the blade as the reference wind speed of wind blade synchronous control. In fact , because of the existing of ground friction,the wind speed if changing with the height and the wind speed in the surface of revolution of the wind blades. With the increasing of the wind turbine capacity,the difference of the blade wind speed with different spin high degree is gradually increasing,making the loads of the blades tend to gradually increase,this problem has seriously affected the wind turbine life. The state feedback control has a good regulating effect in the vicinity of a wind turbine stable point,but if the system is required relatively high of dynamic performance, it is difficult for the independent variable pitch control based on the feedback to achieve the design intention. The amended pitch plus the collective pitch is the independent pitch. Through the simulation of the wind turbine under the step and the random wind ,it follows that the independent variable pitch control of wind power generation system can reduce the loads of blade and extend service life of wind turbine, on condition that the output power is kept stable . Keywords: Variable pitch ；Pitch Angle； generator
PLC的风电机组变桨距系统 在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。 随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。 在变桨距系统中需要具有高可靠性的控制器，本文中采用了OMRON公司的CJ1M 系列可编程控制器作为变桨距系统的控制器，并设计了PLC软件程序，在国外某知名风电公司风力发电机组上作了实验。 变桨距风力机及其控制方式 变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一，如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。
题库 一、单选 1.金风 2.5MW机组Vensys变桨系统主体结构包含下面( ) A.变桨充电器 B.超级电容 C.变桨变频器 D.变桨变压器 答案:D 机型：2500KW；题型所属系统：V变桨；题型阶段：运维；题型：单选题 2.下列选项中哪一个是2.5MW机组vensys变桨子站控制器( ) A.BX3100 B.BC3100 C.BK3150 D.BC3150 答案:A 机型：2500KW；题型所属系统：V变桨；题型阶段：运维；题型：单选题 3.有关变桨控制器的说法错误的是（） A.变桨控制器是安装在变桨柜的的beckhoff模块BX3100. B.更新变桨程序有塔底远程更新和柜内就地更新两种方式 C.就地更新变桨程序需要使用一根网线连接到变桨控制器串口上进行 D.变桨控制器在和主控失去通讯的情况下可以完全自主控制叶片顺桨 答案:C 机型：2500KW；题型所属系统：V变桨；题型阶段：运维；题型：单选题 4变桨系统中,程序允许的5°接近开关和87°接近开关的误差是( ) A.±0.5° B.±1.0° C.±1.5° D.±2.0° 答案:C 机型：2500KW；题型所属系统：V变桨；题型阶段：运维；题型：单选题 5.当变桨系统接收到来自主控的急停命令,整机安全链断开或者,驱动电机以( )速度向90度方向变桨直到触发87度接近开关. A.7度每秒 B.6度每秒 C.4度每秒 D.5度每秒 答案:B 机型：2500KW；题型所属系统：V变桨；题型阶段：运维；题型：单选题 6.用于控制变桨速度、方向的倍福模块是下面的（） A.EL5001 B.EL4001 C.KL5001 D.KL4001 答案:D
风能/wind energy 空气流动所具有的能量。 风能资源/wind energy resources 大气沿地球表面流动而产生的动能资源。 空气的标准状态/standard atmospheric state 空气的标准状态是指空气压力为101 325Pa，温度为15℃（或 绝对288.15K），空气密度1.225kg/m 3 时的空气状态。 风速/wind speed 空间特定点的风速为该点空气在单位时间内所流过的距离。 平均风速/average wind speed 给定时间内瞬时风速的平均值。 年平均风速/annual average wind speed 时间间隔为一整年的瞬时风速的平均值。 最大风速/maximum wind speed 10分钟平均风速的最大值。 极大风速/extreme wind speed 瞬时风速的最大值。 阵风/gust 超过平均风速的突然和短暂的风速变化。 年际变化/inter-annual variation 以30年为基数发生的变化。风速年际变化是从第1年到第30年的年平均风速变化。 [风速或风功率密度]年变化/annual variation 以年为基数发生的变化。风速（或风功率变化）年变化是从1月到12月的月平均风速（或风功率密度）变化。 [风速或风功率密度]日变化/diurnal variation 以日为基数发生的变化。月或年的风速（或风功率密度）日变化是求出一个月或一年内，每日同一钟点风速（或风功率密度）的月平均值或年平均值，得到0点 到23点的风速（或风功率密度）变化。 风切变/wind shear 风速在垂直于风向平面内的变化。 风切变指数/wind shear exponent 用于描述风速剖面线形状的幂定律指数。 风速廓线/wind speed profile, wind shear law 又称“风切变律”，风速随离地面高度变化的数学表达式。 湍流强度/turbulence intensity 标准风速偏差与平均风速的比率。用同一组测量数据和规定的周期计算。 年风速频率分布/annual wind speed frequency distribution 在观测点一年时间内，相同的风速发生小时数之和占全年总小时数的百分比与对应风速的概率分布函数。 威布尔分布/Weibull distribution 经常用于风速的概率分布函数，分布函数取决于两个参数，控制分布宽度的形状参数和控制平均风速分布的尺度参数。 瑞利分布/Rayleigh distribution 控制分布宽度的形状参数值为2的威布尔分布，分布函数取决于一个调节参数——尺度参数，它控制平均风速的分布。 风功率密度/wind power density 与风向垂直的单位面积中风所具有的功率。 风能密度/wind energy density 在设定时段与风向垂直的单位面积中风所具有的能量。 风向/wind direction 风的流动方向（在风速超过2m/s时测量）。 风向玫瑰图/wind rose 用极坐标表示不同风向相对频率的图解。 风能玫瑰图/wind energy rose 用极坐标来表示不同方位风能相对大小的图解。 主风向/prevailing wind direction 在风能玫瑰图中风能最大的方位。 [风能资源评估]代表年/representative year for wind energy resource assessment 分析过去多年测风资料得到的一个典型年，其风能资源参数是未来风电场经营期内的预测平均值，作为估算风电机组年发电量的依据。 测风塔/wind measurement mast 安装风速、风向等传感器以及风数据记录器，用于测量风能参数的高耸 结构。 风数据记录器/wind data logger 记录并初步处理测风数据的电子装置。
风力发电机变桨系统 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。 3 主要部件组成
摘要 本文主要介绍了风力发电机组的变桨距系统，其中，主要是液压系统由电器控制用来推动机械机构对桨叶进行变距。 能源问题是目前人类所面临的重大课题之一。当今我们正处在新旧能源交替发阶段，以前的旧式能源，如煤炭、石油等不可再生资源已经越来越少，已经不能满足目前人类的生产生活需要，这就需要我们找到可以替代他们的新资源。风能作为绿色资源，早在几千年前就为人类所利用。时至今日，风能在多种可再生资源中是技术上最成熟，最具竞争力的可开发资源。 国外600KW以下的机组已经大量生产，故障率从80年代初的50%下降到当前的2%以下。目前MW级机组的份额明显增大，2003年的机组平均单机容量达到1.2MW。 以前的风力机主要是通过偏航来调整转速，可是这种方法对风能的充分利用十分不利，而且响应速度很慢，所以风力机的变距机构具有很高的开发价值。液压系统的响应速度快，力——质量比大，控制精度高，可控性能好。故本设计采用液压系统，用比例阀控制液压缸可以对液压缸进行时时控制。液压缸推动同步盘经由连杆把运动传递给偏心盘进而实现变桨距。 本设计融合了机-电-液一体化的设计理念，寻求更为有效的设计理论和方法来实现桨叶的快速变距。该系统实现了设计目标，具有较高的自动化程度，运行稳定可靠，性能价格比较高，非常适合于现代化生产实际的需要。因此，该产品的推广具有十分广阔的前景。 关键词：风力发电机液压系统能源新资源
Abstract his paper mainly introduced the wind power machine set changes the oar to be apart from the system, among them, mainly is hydraulic system to be use by the electric appliances control to push the machine organization to the oar the leaf carries on change to be apart from. The energy problem is one of the important topics that mankind face currently. Nowadays we are being placed in the new old energy alternation hair stage, the old type energy of the past, if coal, petroleum...etc. can't the reborn resources is less and less already, have already can't satisfy the mankind's production life needs currently, this needs us to find out new resources that can act for them. The wind energy is the green resources, as early as and several thousand year ages are as the behavior type make use of. Up to now, the wind energy is the technique in variety can reborn resources up the most mature, have most the competition ability and can develop the resources. The machine set of the foreign 600 KW the following has already mass-produced, the breakdown rate descends current 2% from 50% of the beginning of 80's the following. Currently the quota of the MW class machine set is obvious to enlarge; an equally single machine capacity of machine of 2003 attains the 1.2 Maws.